Понятие об ультразвуке

Ультразвукомпринято называть упругие колебания и волны частотой от 16 кГц до 1 ГГц. Энергия ультразвука может преобразоваться в химическую, тепловую и механическую энергию.

Наиболее интересно воздействие ультразвуковых колебаний на жидкости и твёрдые тела волн высокой интенсивности (волны конечных амплитуд).

Волны высокой интенсивности – более 0,5 Вт/см, вызывая образование ряда нелинейных эффектов и воздействуя на среду, в которой они распространяются, оказывают влияние на её свойства и структуру. Поэтому звуковые волны высокой интенсивности представляют интерес для тех разделов науки и техники, где необходимо ускорить течение отдельных процессов.

Известно, что ультразвуковые волны высокой интенсивности могут вызвать значительные изменения физического и химического состояния среды. Эффекты, вызываемые высококонцентрированной энергией ультразвуковых волн, весьма многообразны. Следствием этого может явиться развитие кавитации, термических, механических и электрохимических эффектов и т. п.

Тело производит звуки (волновое движение) в состоянии вибрации, которое можно назвать простым гармоническим движением (ПГД), или незатухающими гармоническими колебаниями. Основы концепции волнового движения представлены в лабораторных работах «Первичные преобразователи».

В технике хорошо зарекомендовал себя низкочастотный ультразвук (16-40 кГц). Колебания этого диапазона оптимальны, в частности, для задач ультразвуковой очистки; ультразвуковой обработки металлов (резание, пластическое деформирование); ультразвуковой сварки металлов, пластмасс; ультразвуковой обработки твёрдых и хрупких материалов и т. п.

Для ввода энергии ультразвуковых колебаний в обрабатываемый материал применяется специальное технологическое оборудование. Оно имеет свою постоянную структуру и не зависит от физико-химических свойств обрабатываемого материала.

Использование мощного технологического ультразвука предполагает его применение в различных областях обрабатывающей промышленности. Это может быть обработка сферических, цилиндрических и плоских поверхностей с целью получения упрочнённых поверхностей с высоким классом их чистоты. Это может быть обработка материалов резанием или создание между ними неразъёмных соединений. Всё многообразие способов применения технологического ультразвука в обрабатывающей промышленности требует определённой методики введения его в зону предполагаемого ультразвукового воздействия.

Немаловажным фактором, если не основным, является выбор волновода – концентратора, передающего механическую энергию ультразвуковой частоты непосредственно в зону обработки, и расчёт геометрических параметров выбранного волновода.